Escuela superior politécnica del litoral facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción



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LASAÑA DE CARNE


Por las tablas de tiempos y temperaturas de Cocción (3.6.2), se obtienen los tiempos de cocción para cada preparación como se muestra en la Tabla 8.

TABLA 8

TIEMPOS DE COCCIÓN DE LASAÑA DE CARNE

TIEMPOS DE COCCIÓN


Cocción de pasta

7 min.

Para salsa

15 min.

Para relleno

60 min.

Horneo

20 min.


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Con ello se obtiene el consumo másico o energético de GLP:

Para el caso en el que la materia prima sea necesaria cocinarla en agua es preciso conocer el tiempo en el cual el medio llegue al punto de ebullición, para el caso de la pasta a este se adiciona los 7 minutos.

Ec. 3





766 Kcal

60 min

X

65.7 min

X = 838.8 Kcal

La cocción de la pasta se realiza en dos ollas y se hacen 12 cocciones en total y cada cocción es de 7 minutos y con 2 reposiciones de agua para cada olla. Adicional a esto se encuentra en la Tabla 9 las Kilocalorías utilizadas en la cocción de la lasaña que incluye lo que corresponde a la pasta, salsa y relleno, antes del horneo.



TABLA 9

ENERGÍA REQUERIDA EN LA PREPARACIÓN

 

Tiempo de Cocción (min.)

Kcal.

Pasta

120,7

3082

Salsa

15

191,5

Relleno

60

766

TOTAL

195,7

4039

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Dentro de la elaboración de la lasaña existe una etapa de horneo para la cual el horno trabaja a la potencia mencionada (10 KW = 8600 Kcal/h) y el tiempo de horneo es de 20 minutos y la energía requerida en este tiempo es de 2866,7 Kcal.


Conociendo las kilocalorías que se necesitan para la elaboración de la lasaña de carne, se procede a obtener el consumo de Gas Licuado de Petróleo (GLP) en el proceso de producción diario, semanal y mensual como se muestra en la Tabla 10.
TABLA 10

CONSUMO DE GLP EN PREPARACIÓN DE LASAÑA DE CARNE

Consumo de GLP (Kg)

 

Día

Semana

Mes

Preparación

0,367

2,2

8,81

Horneo

0,26

1,56

6,25

TOTAL

0,627

3,8

15,05


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009



ARROZ CON POLLO


Por las tablas de Tiempos y Temperaturas de Cocción (3.6.2), se obtienen los tiempos de cocción para cada preparación como se muestran en la Tabla 11.

TABLA 11

TIEMPOS DE COCCIÓN DE ARROZ CON POLLO

TIEMPOS DE COCCIÓN


Cocción de arroz

30 min.

Para pollo

35 min.

Para vegetales

20 min.


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Con ello se obtiene el consumo másico o energético de GLP:

En la cocción del arroz el consumo que se utiliza diariamente de GLP es de 0,7 Kg.

En cuanto a la cocción del pollo este se lo realiza en agua (relación 1:1), mientras que, los vegetales también se cocinan en agua aproximadamente 2 litros y cuyos tiempos y la energía requerida por día se determinan en la siguiente Tabla 12.



TABLA 12

ENERGÍA REQUERIDA EN PREPARACIÓN

 

Tiempo de Cocción (min.)

Kcal.

Pollo

93,7

1196,2

Vegetales

31,7

405,2

TOTAL

125,4

1601,4

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009
Conociendo la energía (Kcal) que se necesitan para la elaboración del arroz con pollo, se procede a obtener el consumo de GLP en el proceso de producción diaria, semanal y mensual. Tabla 13.
TABLA 13

CONSUMO DE GLP PARA ARROZ CON POLLO

Consumo de GLP (Kg)

 

Día

Semana

Mes

Arroz

0,700

4,2

16,80

Pollo y Vegetales

0,15

0,87

3,49

TOTAL

0,845

5,1

20,29

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

    1. Empaque



      1. Importancia del empaque

En los alimentos congelados la función el empaque no se limita solamente a contenerlos sino también a protegerlos de deterioro, corte y deformación, además debe servir efectivamente para mantener su integridad a través de un ambiente. De hecho, cada vez más se espera que los empaques de comidas congeladas permanezcan almacenadas a temperaturas por debajo de –18 °C y luego resistan rápidos calentamientos por encima de los 120 °C en hornos microondas y temperaturas de aire tan altas como 230 °C en hornos convencionales, todo sin un cambio significante en su integridad o apariencia.


      1. Materiales utilizados en empaques para congelados

Para empacar alimentos congelados los materiales más utilizados son: cartón, papel, diferentes plásticos y aluminio que debido a sus propiedades individuales son utilizados en combinación.
Varios materiales plásticos son buenas barreras para humedad, oxígeno y aromas, dependiendo de su polaridad. Cuando los plásticos son usados para pouches, ellos no proporcionan protección de daños físicos, sin embargo, láminas de cartón o contenedores plásticos semirrígidos o rígidos suministran mayor protección.
El aluminio es una barrera total aunque en ella se puede producir agujeros y rajaduras. Una delgada capa de aluminio puede ser usada en combinación con una delgada capa de plástico y papel o capas de cartón para proporcionar una barrera total.



      1. Empaque a emplear

Para los platos preparados es de especial interés que el empaque sea apto para calentarlo en el microondas. El material utilizado para este fin es el polipropileno PP debido a que presenta alta resistencia térmica, al punto de soportar temperaturas de esterilización (121 – 135 °C). Existe otro material adecuado para productos alimenticios que necesitan calentarse, estos son recipientes de PET, pero son más utilizados en productos que requieren temperaturas superiores a las conseguidas en microondas.
Para los productos propuestos se va a utilizar bandejas de Polipropileno para microondas tapadas con un tri-laminado formado de Polietileno (30 μm), Papel (60 μm) y Aluminio (12 μm).


    1. Almacenamiento de productos congelados

Aunque la eficacia de la congelación de alimentos depende directamente del proceso, la calidad del alimento congelado varía significativamente en función de las condiciones de almacenamiento.
El factor más importante que influye sobre la calidad de los alimentos congelados son las fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento. La vida de los alimentos congelados se reduce significativamente si se ven expuestos a variaciones de la temperatura de almacenamiento, que produce cambios en la temperatura del producto.
Para que el producto mantenga las propiedades características y permanezca apto para el consumo, la temperatura de almacenamiento óptima debe ser de −18ºC. Con respecto al sistema de congelación se detalla en el capítulo 4.


    1. Distribución de la planta

Consiste en el ordenamiento óptimo de las actividades industriales, incluyendo personal, equipo, almacenes, sistemas de manutención de materiales, y otros servicios anexos que sean necesarios para diseñar de la mejor manera posible la estructura que contengan estas actividades.
Este ordenamiento se centra en la distribución de las áreas de trabajo y del equipo que sea más económica para llevar a cabo el proceso productivo, al mismo tiempo, que sea la más segura y satisfactoria para el personal y para el entorno de la planta industrial.

      1. Diseño de la línea

La línea de producción a diseñarse debe considerar la superficie necesaria para cada zona y las actividades a realizar situándolas según su relación de proximidad.

Se debe tener en cuenta que las actividades dentro del proceso de producción tienen que ser continuo con la finalidad de optimizar los tiempos que se requieren y que se encuentran establecidos más adelante de este capítulo. Además es necesario que el diseño no permita contaminación cruzada de los productos en tránsito, para esto, es estrictamente obligatorio que se respeten las zonas frías y calientes de la fábrica como es el caso del almacenamiento, recepción y la de preparación caliente.

Por ser productos diferentes existen actividades propias para cada uno debido a esto se diseña la línea según el proceso, esto facilita balancear la línea e identificar posibles cuellos de botellas en el proceso productivo.

En la Tabla 14 se resumen las actividades con el tiempo correspondiente necesario para cada actividad dentro del proceso de producción de lasaña de carne.



TABLA 14

TIEMPO DE ACTIVIDADES PARA LA LASAÑA DE CARNE

ACTIVIDADES




TIEMPO (min/250 u)

TIEMPO (min/u)

Preparación Previa: Limpieza, selección, desinfección de materia prima, pelado y pesado.

A

60

0.24

Cocción

B

120

0.48

Ensamblado

C

60

0.24

Horneo (5x20min.)

D

89

0.36

Enfriamiento

E

120

0.48

Envasado

F

30

0.12

Congelación

G

276

1.10

Almacenamiento

H

30

0.12

TOTAL







3.14

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

En la Tabla 15 se resumen las actividades con el tiempo correspondiente necesario para cada actividad dentro del proceso de producción de arroz con pollo.



TABLA 15

TIEMPO DE ACTIVIDADES PARA ARROZ CON POLLO

ACTIVIDADES




TIEMPO (min/250 u)

TIEMPO (min/u)

Preparación Previa: Limpieza, selección, desinfección de materia prima, pelado y pesado.

A

60

0.24

Cocción

B

40

0.16

Enfriamiento

C

102

0.41

Envasado

D

30

0.12

Congelación

E

294

1.18

Almacenamiento

F

30

0.12

TOTAL







2.23

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

        1. Estaciones de trabajo

Según la demanda determinada, se necesita fabricar 1500 unidades semanal por producto es decir 250 unidades diarias durante las 6.5 horas de trabajo efectivo, debido a que 1 hora se destina a la limpieza inicial y final y 30 minutos para el almuerzo.


Ec. 4


Para establecer las estaciones de trabajo en la lasaña de carne, se relaciona el tiempo total de las actividades, Σti (Tabla 14) con el tiempo de ciclo (TC).



Ec.5


Para establecer las estaciones de trabajo en el arroz con pollo, se toma el tiempo total de las actividades, Σti (Tabla 15) con el tiempo de ciclo (TC).





        1. Balanceo de línea

Por presentar operaciones específicas para cada producto, el balanceo se lo realiza independientemente. Se considera que la congelación se realiza luego de la jornada laboral y que por lo tanto el almacenamiento se efectúa al día siguiente.
Se realiza un balance según Demanda del Cliente por lo cual el procedimiento a seguir es:


  1. Definir el curso del proceso.

  2. Obtener el fondo de tiempo disponible de equipos y trabajadores.

  3. Calcular las capacidades reales unitarias de equipos y trabajadores ó trabajos que puede hacer los mismos en un período de tiempo dado (la máxima actividad que puede hacer de acuerdo a su estado técnico o a la consideración de ausentismo). Estos datos se presentan en la Tabla 17 y Tabla 18 para la lasaña de carne, mientras que, para el arroz con pollo en la Tabla 21 y Tabla 22.

  4. Determinar la carga para cada actividad partiendo de la demanda del cliente.

  5. Calcular el número de equipos y trabajadores necesarios en cada actividad y su aprovechamiento.

De tal forma que para la Lasaña de Carne el balance de la línea se obtiene con los siguientes datos que corresponden a la Norma de Producción de las Operaciones y los cuales se muestran en la Tabla 16.



TABLA 16

NORMA DE PRODUCCIÓN DE LAS OPERACIONES

LASAÑA DE CARNE


No

OPERACIÓN

Kg/minutos

Np/Nt (Kg/hora)

Np (Kg/hora)

1

Operador Preparación

0.6

36.0

36

2

Operador Cocción

1.2

72.0

72

3

Operador Ensamblado

0.6

36.0

36

4

Horno

0.9

54.0

54

5

Enfriamiento

1.2

72.0

72

6

Operador Envasado

0.3

18.0

18

7

Operador Almacenamiento

0.3

18.0

18


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

TABLA 17

CÁLCULO DE AUSENTISMO

Una persona

Día

Días al año

Días laborables al mes

26

72

Veces que falta al año

6

x

ka(t)

0.0833

 


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009


TABLA 18

FACTOR DE MANTENIMIENTO

UNA MÁQUINA

 

 

Días laborables al mes

26

312

Veces que se daña al año

2

 

ka(p)

0.006

 


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

El balance de la línea resulta:




  • Meses del Año: 12

  • Días al mes: 24

  • Jornada: 6,5 horas/día

  • Turno: 1

  • Demanda: 78000 al año

En la Tabla 19 se muestra el balance de la línea de lasaña de carne.



TABLA 19



BALANCE DE LÍNEA DE LASAÑA DE CARNE




Norma de producción (Kg/hora)

Jornada (horas/día)

Factor Mantenimiento/Ausentismo

Fondo tiempo (Ft)

Capacidad R. Unitaria (año)

Defectos (final de la máquina)

Cantidad

Número de Máquinas/ trabajador

Operador Preparación

36

6.5

0.0833

1716

61776

0.1

101365

2

Operador Cocción

72

6.5

0.0833

1716

123552

0.1

91228

1

Operador Ensamblado

36

6.5

0.0833

1716

61776

0.05

82105

2

Horno

54

6.5

0.0060

1872

101088

0.01

78000

1*

Enfriamiento

72

6.5

0.0060

1872

134784

0.01

78788

1*

Operador Envasado

18

6.5

0.0833

1716

30888

0

78000

3

Operador Almacenamiento

18

6.5

0.0833

1716

30888

0

78000

3**

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Para Arroz con Pollo el balance de la línea se obtiene con los siguientes datos de la Tabla 20 que corresponden a la Norma de Producción de las Operaciones.


TABLA 20

NORMA DE PRODUCCIÓN DE LAS OPERACIONES

ARROZ CON POLLO


No

OPERACIÓN

Kg/min.

Np/Nt (Kg/hora)

Np (Kg/hora)

1

Operador Preparación

0.6

36.0

36

2

Cocción

0.4

24.0

24

3

Enfriamiento

1.0

60.0

60

4

Operador Envasado

0.6

36.0

36

5

Operador Almacenamiento

0.3

18.0

18

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

TABLA 21

CÁLCULO DE AUSENTISMO

Una persona

Día

Días al año

Días laborables al mes

26

312

Veces que falta al año

6

x

ka(t)

0.0192

 


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009
TABLA 22

FACTOR DE MANTENIMIENTO

UNA MAQUINA

 

 

Días laborables al mes

26

312

Veces que se daña al año

2

 

ka(p)

0.006

 


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

El balance de la línea resulta:




  • Meses del Año: 12

  • Días al mes: 24

  • Jornada: 6,5 horas/día

  • Turno: 1

  • Demanda: 78000 al año

En la Tabla 23 se muestra el balance de la línea de arroz con pollo.



TABLA 23

BALANCE DE LÍNEA DE ARROZ CON POLLO






Norma de producción (Kg/hora)

Jornada (horas/día)

Factor Mantenimiento/Ausentismo

Fondo de tiempo (Ft)

Capacidad Real Unitaria (al año)

Defectos (final de la máquina)

Cantidad

Número de Máquinas/ Trabajador

Operador Preparación

36

6.5

0.0192

1989

71604

0.100

92150

2

Cocción

24

6.5

0.0060

2028

48672

0.050

82935

2*

Enfriamiento

60

6.5

0.0060

2028

121680

0.010

78788

1**

Operador Envasado

54

6.5

0.0192

1989

107406

0.000

78000

1***

Operador Almacenamiento

18

6.5

0.0192

1989

35802

0.000

78000

3


95


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

      1. Lay out

Las áreas que debe tener la planta según el REGLAMENTO DE ALIMENTOS básicamente son:


  • Recepción y selección de materia prima

  • Elaboración

  • Envase y embalaje

  • Bodegas

  • Control de calidad

  • Departamento administrativo y de servicios (Compras, Recursos Humanos y Ventas)

  • Mantenimiento

De acuerdo a esto el layout propuesto para este proyecto se muestra en el plano 1.




97
PLANO 1. DISEÑO DE PLANTA PROPUESTO

      1. Localización de la planta

La ubicación adecuada para instalar la planta requiere el análisis de diversos puntos de vista como: económico, legal, político, social, tecnológico, del mercado entre otros. Por tal razón existen métodos para determinar la localización de los cuales se ha utilizado el de Factores Ponderados por ser el más general y que permite incorporar el análisis toda clase de consideraciones. El desarrollo del método se muestra en la tabla 20.
La calificación que se da según los factores en este método son las siguientes: Excelente (10), Muy Bueno (9), Bueno (8), Regular (7).

TABLA 24

FACTORES PONDERADOS PARA DETERMINACIÓN DE LUGAR DE LA PLANTA

FACTOR

PONDERACIÓN

VÍA DAULE

VÍA A LA COSTA

VÍA DURÁN-TAMBO

VALOR

VALOR

VALOR

Alquiler del local

25

8

7

7

Transporte

15

10

7

8

Servicios públicos

15

9

8

9

Disponibilidad de materia prima

35

10

7

8

Proximidad a los centros de distribución

10

9

8

8

TOTAL

100

925

739

790

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009
Como resultado se obtuvo que la localización de la planta debe estar ubicada en la Vía a Daule.


CAPÍTULO 4

  1. SISTEMA DE CONGELACIÓN Y DESCONGELACIÓN

La temperatura es un factor importante en el mantenimiento de la calidad de los alimentos. En este tema, se hace referencia al almacenamiento de las materias primas en la cámara de refrigeración y al almacenamiento del producto terminado en la cámara de congelación, indicando las cargas que se producen en las mismas.

Con respecto a la descongelación, es un proceso donde el producto congelado es sometido a calentamiento en un horno microondas para el cual se predice el tiempo de descongelación para los productos en estudio destacando la interacción entre las ondas microondas y el alimento.



    1. Cámara de refrigeración

La refrigeración es necesaria para mantener las condiciones de los alimentos frescos o perecederos por lo que esta cámara esta destinada al almacenamiento de las materias primas como vegetales y lácteos. Las condiciones en que deben ser almacenados los alimentos deben asegurar la protección contra contaminantes físicos, químicos y microbiológicos.


      1. Cálculo de carga calórica

Para optimizar las dimensiones y características técnicas de los equipos y la instalación frigorífica en general es necesario considerar factores como:

  • Flujo de calor a través de los cerramientos.

  • Entrada de aire exterior en la cámara.

  • Calor liberado por iluminación interior, por las personas y por los ventiladores del evaporador.

  • Refrigeración de los alimentos.

  • Calor de respiración de verduras.

        1. Carga calórica del producto

La variedad de productos que van a ser almacenados obliga a que se los clasifique en dos clases principales cuyas densidades estimadas, incluyendo el envase se indican en la Tabla 25.
TABLA 25

DENSIDADES DE TIPOS DE PRODUCTOS

Tipos de Productos

Densidades

Vegetales

350 Kg/

Varios

500 Kg/

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Dichas materias primas tienen la siguiente proporción: 60% vegetales y 40% productos varios. Entre las vegetales se considera: cebolla, pimiento, zanahoria, arveja, tomate, culantro. Y en productos varios se encuentran: queso, leche, margarina y pasta de tomate.

En los cálculos se considera la total capacidad de almacenamiento de la cámara de refrigeración de tal manera que el volumen a ocupar por el producto es de de 2,48 por percha (dimensión: 3 x 0,50 x 1,65 m)

Calor de Refrigeración.-

El calor de refrigeración QR se obtiene con la Ec.1, para la cual se necesita la carga total de la cámara, calculada de la siguiente manera:



Ec.6

El calor específico a utilizar es el calor específico promedio de los productos que se almacenados a temperatura de refrigeración (Apéndice M) El cual tiene un valor de Cp = 2,72KJ/Kg°C. La materia prima a almacenar entra a temperatura de 25 oC y debe llegar hasta 3 oC.





Calor de Respiración.-

Los vegetales liberan con su respiración continua un calor que se toma en cuenta y es definido como el calor de respiración (Ec.7) más alto de los productos que se están considerando; en este caso son las arvejas con un calor de respiración Cs = 9,6 KJ/Kg/día (Apéndice M).



Ec.7

La carga calórica del producto (Ec.8) es la suma del calor de refrigeración y el calor de respiración, de esta manera se tiene el siguiente resultado.



Ec.8



        1. Carga calórica de otras fuentes

Se considera que la cámara de refrigeración mantiene una temperatura de 2°C y cuenta con las siguientes dimensiones: 3 metros de longitud, 2,30 metros de altura, 2,20 metros de ancho.

Por lo que el volumen de la cámara es de 15,18 m3, mientras la superficie de las paredes es de 13,8 m2 y 10,12 m2. La superficie del suelo y el techo es de 13,2 m2. De esta manera, la superficie total de la cámara es de 37,12 m2.



Transmisión de Calor por Paredes y Cerramiento.-

Ec.9

K para paneles prefabricados es de 0,19 W/°C (Enciclopedia de la climatización. J. Ramírez)





Calor por Renovación de Aire.-

Ec.10

El número de renovaciones (n) se obtiene del APÉNDICE N considerando el volumen de cámara de 15,18 y para ambientes por encima de 0°C, resulta 26 renovaciones/día.

Del APÉNDICE O se obtiene el contenido en calor de aire, con los datos de temperatura de entrada +25°C y final de 3°C con 60% de humedad relativa, resulta Δh = 55.46 KJ/m3.



Calor por Iluminación.-

Se utiliza una fluorescente de 60 W por lo que se usara el factor 1,25 para considerar el consumo complementario de las reactancias. t = 4 horas/día.



Ec.11


Calor por Personas.-


N = 1 persona; t = 4 horas;

Para 3°C es q= 258 W (APÉNDICE P)



Ec.12


Calor liberado por Ventiladores.-


Se puede asumir el 15% de la suma de los calores para conocer el calor por ventiladores. (Enciclopedia de la Climatización. J. Ramírez).

Ec.13



Calor Total de Otras Fuentes.-

Ec.14


Calor Total de la Cámara de Refrigeración.-


Ec.15

Con 10% de margen de seguridad (Enciclopedia de la Climatización. J. Ramírez).




    1. Tiempos de congelación

Las materias primas son sometidas a cocción para obtener los diferentes productos considerados, estos deben pasar por un proceso de enfriamiento para luego ser llevados a congelación. Predecir el tiempo de congelación tiene importancia industrial primordial puesto que permite determinar los tiempos de mantenimiento y dimensionar la cámara.
El procedimiento general se sintetiza en el gráfico 4.1.
TIEMPOS DE CONGELACIÓN

Cálculos de propiedades térmicas

Cálculos de números adimensionales

Aplicación del Método de Clealand para placa plana

Obtención del tiempo mediante factores empíricos


GRÁFICO 4.1 PROCEDIMIENTO PARA CÁLCULO DE TIEMPOS DE CONGELACIÓN


      1. Propiedades térmicas del producto

Las propiedades térmicas dependen de diferentes variables propias de la y estructura, además, algunas de ellas son altamente dependientes de la temperatura, especialmente en la zona donde se produce el cambio de fase del agua durante la congelación.
A medida que la temperatura desciende por debajo del punto inicial de congelación la fracción de agua en estado líquido que hace parte del material se reduce, convirtiéndose en cristales de hielo, este cambio hace que se modifiquen las propiedades de los alimentos congelados por las diferencias que presenta el agua cuando se encuentra en fase líquida y en fase sólida. (Handbook of Food Engineering. D. Heldman, D. Lund)


  • Temperatura Inicial De Congelación

La temperatura inicial de congelación de los alimentos es inferior a la del agua pura, debido a que en el agua que hace parte de los productos se encuentran diluidos componentes menores como: carbohidratos, sodio, potasio, fósforo, calcio, magnesio, entre otros, que reducen su punto de congelación. Se hace referencia a una temperatura inicial de congelación porque el fenómeno de cambio de estado de agua en los alimentos se presenta en un rango de temperaturas, provocado por el aumento en la concentración de los solutos a medida que el agua cambia de la fase líquida a la sólida. (Handbook of Food Engineering. D. Heldman, D. Lund)


La relación entre la composición del producto y la temperatura han sido interpretadas por Heldman (1974) and Schwartzberg (1976) en la Ec 16:
Ec.16

Relaciona la fracción molar XA de agua dentro del producto, la temperatura de equilibrio de congelación TA, el calor latente molar de fusión (λ) y la constante universal de los gases (Rg).


La ecuación 16 en función de TA se muestra en la siguiente expresión:
Ec.17

La fracción molar de agua dentro del producto está definido por:
Ec.18
La fracción molar está en función de la humedad contenida en el producto (mA), el peso molecular del agua (MA), los porcentajes de los componentes del producto expresados como fracción de masa (msi), y el peso molecular de cada componente del producto (Msi). La composición y pesos moleculares se encuentran en la Tabla 26.

TABLA 26

COMPOSICIÓN Y PESOS MOLECULARES DE LOS PRODUCTOS




COMPOSICIÓN (%)







Lasaña de carne11

Arroz con pollo12

PESOS MOLECULARES13

Agua

62.7

59.1

18.02

Proteínas

12.2

9.6

50,000

Grasa

15.0

4.3

50,000

Carbohidratos

9.4

26.0

342.3

Cenizas

0.7

1.0

37.75



Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

Para determinar la TA es necesario obtener la fracción molar mediante la Ec. 18 para cada uno de los productos se expresa en Tabla 27.



TABLA 27

FRACCIÓN MOLAR DE LOS PRODUCTOS

Producto

XA

Lasaña de carne

0.987

Arroz con pollo

0.962


Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009
Por lo tanto la temperatura inicial de congelación para los productos se calcula mediante la Ec.17 y los resultados se encuentran en la Tabla 28.
TABLA 28

TEMPERATURA INICIAL DE CONGELACIÓN

Producto

TA (K)

TA (°C)

Lasaña de carne

271.6

-1.4

Arroz con pollo

269.1

-3.9

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009

La fracción de agua no congelada a la temperatura final del producto (-13 °C → 260 K) se obtiene con la expresión:



Ec.19

XA = 0.876

Se requiere también el porcentaje de agua congelada y no congelada. Para obtenerlos se toma la Ec.18 en función del peso molecular de cada componente Msi, (Ec.20) tomando fracción molar a la temperatura de inicio de congelación.

Ec.20

Con la fracción molar a la temperatura final del producto y el Msi obtenido se calcula la fracción de agua no congelada (mA), esto se realiza mediante la Ec 21 que se origina de la Ec.18:



Ec. 21
Los resultados se resumen en la Tabla 29:

TABLA 29

RESULTADOS DE FRACCIÓN DE AGUA

Producto

Msi (g/gmol)

mA (%)

mh (%)

Lasaña de carne

812.99

5.8

56.9

Arroz con pollo

318.8

16.3

42.8

Elaborado: Alejandro García – Carmen Vicuña, 2009
Por lo que se puede apreciar que de 400 g de lasaña de carne al final de la congelación se tiene 23.2 g de agua y 227.6 g de hielo. Con respecto al otro producto (arroz con pollo) se tiene 65.2 g de agua y 171.2 g de hielo cuando llegue a la temperatura final de congelación.


  • Calor Específico

El calor específico de un producto puede ser predecible basándose en la composición del producto y el calor específico de los componentes individuales:
Ec.22

Para calcularlo se toman los valores de calor específico para los componentes del producto que fueron estimados por Choi and Okos (1986) y son presentados en el Apéndice Q. También se necesitan las propiedades del hielo en función de la temperatura, Apéndice R.

Debido a que el producto llega a una temperatura inferior a la temperatura de congelación se debe obtener el calor específico para el producto congelado Cpi y para el no congelado Cpu.



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